ProjetDidabio-11-Coullery-Ohana-Perrothon

Canevas pour le DidaBioloProjets-11 dans le cadre des ateliers de didactique de la biologie 2ème à l'IUFE

Canevas pour projet en Didactique de la biologie 2ème année DidaBioloProjets-11

Canevas pour projet en Didactique de la biologie 2ème année DidaBioloProjets-11

Auteurs du projet

Sandrine Perrothon
Meryl Ohana
Alexandre Coullery

Titre du projet

"Pourquoi la chauve-souris est elle plus proche du hérisson que du moineau?" ou les critères de classification du règne animal

Objectifs

d'apprentissage pour les élèves

Lors de la situation-problème:
- définir des critères de classification
- d'établir une classification en se basant sur ces critères
- commenter / argumenter

Suite à l'institutionnalisation:
- expliquer les critères jugés pertinents en systématique phylogénétique
- les critères doivent si possible être exclusifs et mettre en évidence les liens de parenté entre les taxons : soit en regroupant soit en différenciant les espèces
- établir qu'il y a plusieurs classifications possibles suivant les critères choisis
- classer des espèces dans un arbre en fonction de ces critères pertinents

Contexte curriculaire

Classes de 2ème DF du postobligatoire dans le cadre du chapitre sur la classification du vivant

Situation-problème

16 photos d'animaux avec quelques indications écrites (taille, couleur, régime alimentaire, habitat) à classer par groupes selon les critères bien précis de leur choix.
Les animaux présentés sont: l'escargot, la fourmi, la guêpe, le gloméris, le moineau, le ver, le hérisson, la limace, la mouche, la chauve-souris, la couleuvre, la grenouille, la carpe, le mille-pattes, la musaraigne et l'araignée.

Nous avons choisi des animaux qu'ils ont sans doute vus une fois ou l'autre dans leur jardin ou dans la forêt mais dont certains présentent des caractéristiques allant à l'encontre d'une classification éventuellement connue des élèves (comme la chauve-souris et le moineau - ailes, la grenouille et le poisson - aquatique ou la couleuvre et le ver de terre - forme).
De plus, s'il s'avère que les élèves utilisent une classification connue, notre rôle est de les orienter sur l'identification des critères du taxon.

Amorce

Après avoir passé un extrait du documentaire "Espèce d'espèces", nous avons présenté les 16 animaux sur des fiches aux élèves, puis nous leur avons demandé d'établir la classification de leur choix avec ces derniers.
Les animaux en question provenaient de différents taxons mais pouvaient présenter des similitudes morphologiques sans pour autant posséder un ancêtre commun "récent" (ex: ailes de la chauve-souris et de l'oiseau, forme du corps du serpent et du ver de terre).

Nous imaginons les questions suivantes de la part des élèves:

"Comment peut-on regrouper ces animaux?"
"Qu'est ce qui permet de les regrouper de cette façon?"
"Comment allez-vous justifier votre classement?"
Le lien avec la problématique du titre sera repris lors de l'institutionnalisation en présentant la classification basée sur l'évolution des espèces.

Obstacles conceptuels visés et questions attendues

Les élèves n'ont certainement jamais effectué de classification. Ils vont devoir établir la forme de leur classification, choisir des critères et pouvoir les justifier. Il pourrait découler de cette réflexion les questions suivantes:
- Peut-on regrouper par régime alimentaire ou habitat?
- Classe-t-on les gros avec les gros et les petits avec les petits?
- Doit-on tenir compte du mode de vie (moyen de déplacement)?
- Tous les animaux qui volent vont-ils dans le même groupe? (Ailes n'ayant pas la même origine; ex: chauve-souris et moineau).
- On doit faire combien de groupes?
- On peut faire des groupes dans les groupes?
- Pourquoi est ce que cet animal fait partie de tel groupe? Par ex.: mammifères, annélides, vértébrés,...
- Et si c'est tout faux?

Il pourraient donc rencontrer des difficultés dans:

- le choix de la représentation (arbre ou ensemble avec préférence pour les "patates")
- le choix des critères

Déroulement de la séquence

Phase 1
Introduction suivie des 15 premières minutes du film "Espèce d'espèces". Cette séquence ne donne pas beaucoup d'indications sur la classification mais explique la notion d'espèce ainsi que celle de critère sans aller dans les détails. Aucun critère n'est mis en avant.

- élèves: écoutent attentivement et visualisent le film
- enseignant: présenter les notions et le film
- ressources: définition de la notion de systématique, de critères et d'espèce

Phase 2
Présentation de l'activité et amorce

- élèves: écoutent attentivement
- enseignant: donne les consignes (temps dévolu à l'activité et travail attendu du groupe)
- ressource: pas de ressources

Phase 3a
Réflexion individuelle

- élèves: prise de connaissance des espèces et élaboration de ses propres regroupements et critères.
- enseignant: active l'émergence des critères par un retournement des questions des élèves.
- ressources: fiches distribuées. Présentation de l'animal (morphologie, habitat et alimentation)

Production: aucune

Phase 3b
Travail de groupe

- élèves: Mise en commun et argumentation. Rédaction d'une classification commune justifiée.
- enseignant: active l'émergence des critères par un retournement des questions des élèves.
- ressources: fiches distribuées. Présentation de l'animal (morphologie, habitat et alimentation)

Production: acétate présentant leur classification

Phase 4
Présentations orales des différentes classifications établie par chaque groupe.

- élèves: présentent et argumentent leur production devant la classe
- enseignant: gestion du débat et de la prise de parole et demander des précisions le cas échéant sur leur classification. Faire remarquer la subjectivité de certains critères et la limite de certains autres.
- ressources: support de présentation

Production: présentation orale

Phase 5
Institutionnalisation

- élèves: écoutent et compare avec leur propre classification
- enseignant: fait remarquer que, comme observé dans les présentations orales, plusieurs classifications sont possibles. Il montre également la difficulté d'établir une classification unique et explique la classification retenue par les scientifiques (phylogénétique) en se basant sur l'évolution et les liens de parenté entre les différentes espèces. Il présente ensuite la classification actuelle sur la base de critères morphologiques, physiologiques et moléculaires. Comme nous le mentionnerons à nouveau dans notre analyse, cette partie aurait mérité que nous nous focalisions plus sur la partie de la classification animale qui permettrait aux élèves de pouvoir répondre à la question proposée dans le titre.

- ressource: tableau de classification actuel

Démarches utilisées lors de la situation problème

• Observation et questionnement : Dans un premier temps, les élèves observent les animaux présentés sur les fiches de travail et y recueillent les informations données. Ensuite, ils comparent les différences anatomiques entre les animaux, puis sélectionnent et organisent les données qui leur paraissent pertinentes en vue d'une classification.

• Élaboration de critères : Les élèves doivent ensuite définir en fonction de quelles caractéristiques ils vont classer ou regrouper les animaux présentés. Ces critères devraient être variés, nombreux et "non équivoques" (Addendum du PE du CO, p.61).

• Application des critères : Une fois les critères élaborés, les élèves doivent les appliquer sur les animaux qui leur sont proposés pour élaborer une classification structurée (tableau, arbre, ensembles,...). Cette classification peut se faire selon deux modèles opposés, soit les élèves partent avec tous les animaux formant un groupe de départ et les critères permettent de les séparer en plusieurs sous-groupes, soit ils partent avec chaque animal individuellement et essayent de regrouper les animaux les uns avec les autres. Notons que la première méthode permet la formation d'un « arbre » alors que la deuxième mène à la formation d'ensembles emboîtés.

• Présentation des résultats : Finalement les élèves doivent présenter leur classification à la classe, avec comme support une acétate confectionnée par leur soins

D'une façon plus transversale, l'activité nécessite :

• La communication : les élèves travaillent en groupe, ils doivent ainsi pouvoir être capables d'écoute et d'argumentation au sein du groupe

• L'argumentation : Lors de leur présentation, les élèves doivent être capables d'exposer leur travail et d'argumenter face à des questions qu'ils ne connaissaient pas à l'avance.

Evaluation

Liens de l'évaluation avec les objectifs et les activités

Cahier des charges de l'évaluation :

Démarche testée et caractéristiques de la démarche:

La démarche que nous souhaitons tester lors de l'évaluation est celle de l'établissement des critères et leur application lors d'une classification animale.

Dans ce but, les élèves doivent être capables de savoir définir un critère de classification. Ce dernier doit être :
• Morphologique (notre cours s'étant basé sur ceux-ci, c'est sur eux que nous allons insister)
• En lien avec un taxon dans la classification phylogénétique (cette notion n'a pas été directement l'objet de notre activité, mais l'activité nous a servi d'amorce pour introduire cette notion)

Concernant l'application d'un critère, pour former ou compléter un arbre phylogénétique, les élèves doivent être capables de :
• Repérer si l'animal possède ou non le critère mentionné
• Placer un critère dans un arbre phylogénétique en fonction des individus se trouvant dans les différents taxons et des caractéristiques de ces différents taxons
• Répartir les animaux au bout des « branches de l'arbre » par taxon
• Énumérer certains critères caractéristiques à certains taxons

Contexte de mise en oeuvre:

L'évaluation certificative comportera un arbre phylogénétique dans lequel les élèves devront retrouver les critères morphologiques pertinents à l'origine de chaque branche permettant de classer les 9 espèces différentes présentées sur une planche annexe.
Cet exercice implique que l'élève ait mémorisé la classification phylogénétique présentée en cours et qu'il soit capable d'en retirer les critères pertinents à appliquer à l'arbre présenté afin d'y répartir les 9 espèces.

Critères et indicateurs :

Pour l'établissement des critères:
- Utilisation de critères morphologiques
- Cohérence des critères à un même niveau de l'arbre (pour chaque branche de la ramification)

Pour la répartition des espèces données:
- l'espèce classée au bout de la branche possède tous les critères attribués
- Classification cohérente par rapport aux critères donnés même si ceux-ci ne sont pas corrects d'un point de vue phylogénétique

Observations et analyse du dispositif

Observations de la situation problème

Implication des élèves

On constate au sein des divers groupes une bonne participation des élèves. Ils confrontent leurs idées et le temps nécessaire à l'élaboration d'un type de classification varie entre les différents groupes.
Chez certains, un blocage peut apparaître et l'enseignant doit réguler en proposant des idées ou en les mettant carrément sur une piste. Ce blocage peut être dû à une difficulté de réaliser l'exercice, notamment dans le choix des critères de classement. La question "est-ce un critère ?" apparaît fréquemment. Elle peut aussi être due à une implication faible de la part des élèves qui n'ont pas accroché sur le thème proposé.

Questionnement des élèves

Certaines questions apparaissent fréquemment dans les diverses classes ayant testé cette problématique:

Quel mode de classification choisir ? Regroupement (en partant des individus et faire des groupes) ou division (partir du groupe d'animaux initial et subdiviser) et ce jusqu'à quel point ?
Le chevauchement des regroupements est-il possible ?
Sur quoi se base-t-on pour classer les individus ? (quels critères)

Le questionnement des élèves ne permet cependant pas de déterminer s'ils ont une conception initiale face à ce problème et nous n'avons pas mis en place de disposition pour observer celle-ci.

Les apports de l'activité pour la construction du savoir de la classe

Constatation qu'il y a plusieurs classification possibles et qu'elles sont toutes pertinentes à divers degrés.
Présentation de la classification phylogénétique permettant d'introduire l'histoire évolutive (phylogénie) et la comparer avec la classification classique.
S'appuyer sur ces constatations pour expliquer l'intérêt d'une classification universelle pour les scientifiques et la leur présenter.

Analyse de la situation problème

Analyse: ma séquence est-elle une situation-problème?

a) Les critères:
- La problématique proposée semble avoir un sens pour l'élève. En effet, il a souvent entendu que l'homme descendait du singe, sans vraiment se poser la question de qui descend le singe ? A partir de là, la question se pose de savoir quels espèces sont plus proches de lui et quels sont les critères utilisés pour faire ces choix. On observe une bonne implication dans l'activité.

- L'obstacle qui surgit face à cette problématique est la façon de regrouper les espèces entre-elles. En effet, l'élève a souvent appris dans son parcours scolaire à classer les éléments dans des tableaux, des ensembles, des groupes sans faire un lien possible entre ces divers types de classement comme c'est le cas dans le fameux "buisson évolutif de la classification des espèces". Afin d'aider les élèves à surmonter cet obstacle, il convient d'établir jusqu'à quel point on peut les mettre sur la voie au moyen de piste de réflexion sans "tuer" le but de l'activité. Dans ce but, nous avons penser à utiliser les questions suivantes pour relancer la réflexion :

Si on prend ces 2 animaux (fourmis et guêpe ou limace et escargot ou musaraigne et hérisson), est ce qu'on les classe ensemble? Pourquoi? Idem avec 2 autres animaux plus éloignés. On peut ensuite demander aux élèves quelle est la méthode la plus appropriée pour représenter cela.
Si on prend ces 4 animaux (cf ci-dessus), comment les regrouperiez-vous deux par deux? Comment avez-vous fait? Comment représenteriez-vous cela??

La réalisation de l'exercice va alors amener l'élève à proposer un classement et à le comparer avec celui de son voisin. Il va alors constater que sa proposition n'est pas forcément la plus adéquate sans pour autant dire que celle de son voisin ne l'est non plus. Le questionnement apparaît alors au moment du choix du classement le plus approprié.

- La classification phylogénétique et le fameux "buisson sphérique" est une nouvelle approche pour l'élève dans le classement des espèces: toutes descendent d'un ancêtre commun et chacun a évolué différemment. Il est cependant difficile avec cette problématique de parler de rupture d'un modèle erroné, puisque la classification phylogénétique est un modèle parmi les autres. Néanmoins, ce modèle devient celui de référence dans le domaine de la systématique et cette situation-problème permet de déboucher sur cette notion de classification phylogénétique évolutive (savoir d'ordre général).

Selon la défintion de la situation-problème de De Vechi et Carmona- Magnaldi, certains critères ne sont pas pris en compte dans notre situation:
- la remise en cause d'une conception initalie.
- la phase de recherche pour s'approprier le savoir.

Néanmoins, les obstacles observés amènent divers questionnement de la part des élèves et par la suite une démarche de situation-problème.
D'une façon générale il faut un questionnement de l'élève et le maître s'appuie sur sur les productions des élèves pour faire avancer le savoir de la classe

b) Qu'est-ce qui est central dans une situation-problème?
Il semble important que les élèves s'approprient la problématique, qui ne doit être ni trop complexe, ni trop accessible. Il paraît aussi important de s'appuyer sur la production des élèves pour institutionnaliser les savoirs dégagés.

c) Dans quels cas est-ce intéressant d'utiliser une situation-problème?
- Lorsqu'il y a plusieurs réponses possibles
- Lorsque le sujet est complexe

d) Que peut-on attendre comme effets (éducatifs) pour une situation-problème?
- Prendre en compte l'avis des autres (synthèse)
- Une certaine autonomie de travail

Observations à propos de l'évaluation

- Globalement parlant, les élèves ont été cohérent entre les critères établis et leur classification dans l'arbre (les critères ont bien été suivis)
- Certains élèves ont eu du mal à définir un critère qui soit morphologique, ils ont souvent mentionné un nom d'embranchement à la place.
- D'autres élèves ont eu des difficultés à choisir des critères exclusifs (soit les espèces possèdent le critère A, ou le B ou le C mais pas de combinaisons des 3). De plus ces critères devaient se référer à des caractéristiques correspondantes (exemple absence de symétrie ou symétrie radiale ou bilatérale).
- Une autre difficulté rencontrée par les élèves était de repérer les critères qu'ils avaient eux mêmes choisis sur les espèces représentées ce qui implique qu'ils n'ont pas toujours réussi par la suite à répartir les espèces dans l'arbre
- Nous avons également constaté que certains n'avaient pas compris la consigne indiquant qu'il fallait classer tous les animaux ce qui impliquait que plusieurs espèces pouvaient se trouver au bout de chaque branche.

Analyses à propos de l'évaluation

Façon d'évaluer :
- Probablement un manque de clarté ou de mise en évidence dans l'énoncé du fait que toutes les espèces devaient figurer dans l'arbre
- La construction de l'arbre imposant le classement aux élèves peut être vu comme un travail prémâché pour les élèves. Cependant si nous avions demandé aux élèves d'effectuer eux-même toute la démarche (critères et arbre) la question aurait été trop longue, trop vaste et donnant lieu à de multiples possibilités particulièrement délicates à corriger. Pour pallier à cette difficulté il aurait fallu être extrêmement précis dans la consigne, ce qui aurait probablement perdu les élèves.

Situation problème :
- Il aurait probablement été profitable aux élèves de pouvoir s'exercer sur ce type d'exercice avant, par exemple un exercice avec un clé de détermination ou un arbre avec des espèces à répartir au bout ou retrouver les critères sur un arbre. Cet exercice leur aurait peut-être permis d'assoir leur savoir et de donner un sens à l'activité effectuée en classe.
En outre, les espèces choisies étaient trop variées et amenaient ainsi une difficulté supplémentaire pour l'élève lorsqu'il fallait faire des liens de parenté. Enfin, les informations données pour chaque espèces étaient insuffisantes et ne permettaient pas de pouvoir faire des comparaisons entre les espèces autrement qu'avec des caractéristiques externes.

Bilan réflexif sur la cohérence du dispositif et de l'évaluation

Le contrôle des paramètres d'investigation afin d'orienter la situation-problème aux objectifs d'apprentissage visés

1) Choix des espèces

On a constaté que le choix des espèces présentés lors de l'activité ou de l'évaluation a une grande importance pour la suite de l'exercice. En effet, si les espèces sont très différentes, l'élève va avoir des difficultés pour trouver des critères de comparaison et ainsi pouvoir faire des regroupements. De même si les espèces choisies ont un lien de parenté très proche (par exemple: chimpanzé, bonobo, homme).

En ce qui concerne la représentation d'un modèle, on peut supposer que celui-ci sera influencé par le choix des espèces. En effet, dans notre premier cas, le modèle des ensemble peut être favorisé du fait que les espèces sont très éloignées les unes des autres et que les regroupements sont effectués seulement par comparaison d'un ou deux critères. Dans le second cas, le modèle d'un arbre peut être plus facile à représenter car les espèces sont très proches les unes des autres et il est alors plus facile de réfléchir sur des liens de parentés.

2) La quantité d'information donnée sur les espèces

L'information fournie aux élèves semble être aussi un facteur important dans cette situation-problème. En effet, l'élève doit avoir des documents lui permettant de faire des comparaisons et des distinctions entre les diverses espèces pour pouvoir par la suite proposer des critères de classification. Il est important dans un premier temps que l'enseignant lui fournisse ces documents afin qu'il ne se disperse pas dans ses recherches et qu'il complète ensuite par lui-même cette documentation par la consultation de ses sources.

L'évaluation formative

Pour tester cette démarche d'élaboration de critère, il faut que les élèves soient au clair avec ce qui est un "bon" critère. Pourtant, afin de laisser son sens à l'activité (à l'accroche), il ne faut pas trop les mettre sur la piste des liens de parenté. Lors de l'institutionnalisation, ils semblent important que les élèves comprennent qu'un critère est pertinent s'il tient compte des liens de parenté entre les taxons.
Nous n'avons peut-être pas assez insisté sur cet aspect lors de l'institutionnalisation de la situation problème ce qui a peut-être manqué aux élèves lors de l'évaluation.

Nous avons aussi observé lors de cette activité que les élèves n'étaient pas au clair avec la notion d'exclusivité des critères:

- dans la situation problème, nous avons déjà constaté que plusieurs animaux classés pouvaient apparaître dans plusieurs classements (mettre exemple).
- lors de l'évaluation certificative, nous avons à nouveau pu observer que l'établissement de critères parallèles n'étaient pas évident ni logique pour les élèves.

Il semble donc important d'exercer avant l'évaluation certificative, la manière d'élaborer ces critères à l'aide par exemple d'une clé de détermination ou bien avec des espèces à répartir au bout des branches d'un arbre. Ces exercices leur permettraient ainsi d'asseoir leur savoir et ainsi de savoir ce que l'enseignant peut attendre d'eux lors de l'évaluation finale.

Possibilité pour l'élève de répondre à la question de départ

Comme nous l'avons mentionné plus haut, l'institutionnalisation aurait gagné en crédibilité si nous nous étions focalisés sur une partie de la classification systématique qui permettait de répondre à notre question "titre". Nous aurions dû expliquer en quoi et sur la base de quels critères nous pouvions assurer que la chauve-souris, malgré son déplacement au moyen d'ailes, est plus proche du hérisson que du moineau. Nous aurions également dû, grâce aux individus choisi dans notre titre, insister plus sur les critère présents chez les différentes espèces mettant en lumière les liens de parenté entre eux ou, au contraire, qui les différenciait les uns des autres. Ce faisant, la boucle aurait été bouclée et aurait permis à l'élève de constater l'évolution de son savoir au travers de cette séquence.

Sources

De Vecchi, G., Carmona- Magnaldi, N.(1996). Mettre en place de véritables situations-problèmes. Paris: Hachette Education.

Accès aux pages de R. Kopp / F. Lombard

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